U-Boot 顶层 Makefile 详解1之U-Boot 工程目录分析

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U-Boot 顶层 Makefile 详解

一、前言

分析uboot 的顶层 Makefile，理清了 uboot 的编译流程

二、U-Boot 工程目录分析

本节我们以 EMMC 版本的核心板为例讲解，为了方便，uboot 启动源码分析就在 Windows下进行，将正点原子提供的 uboot 源码进行解压，解压完成以后的目录如图所示：

图是正点原子提供的未编译的 uboot 源码目录，我们在分析 uboot 源码之前一定要先在 Ubuntu 中编译一下 uboot 源码，因为编译过程会生成一些文件，而生成的这些恰恰是分析uboot 源码不可或缺的文件。使用上一节创建的 shell 脚本来完成编译工作，参考文章，并通过FTP将编译后的uboot打包压缩发送到windows下，然后将编译后的uboot解压，解压后的目录如图所示：
对比编译前和编译后的uboot，可以看出编译后的 uboot 要比没编译之前多了好多文件，这些文件夹或文件的含义见表所示：
表中的很多文件夹和文件我们都不需要去关心，我们要关注的文件夹或文件如下：

三、关注文件夹—arch文件夹

这个文件夹里面存放着和架构有关的文件，如图所示：
从图可以看出有很多架构，比如 arm、avr32、m68k 等，我们现在用的是 ARM 芯
片，所以只需要关心 arm 文件夹即可，打开 arm 文件夹里面内容如图所示：

mach 开头的文件夹是跟具体的设备有关的，比如“mach-exynos”就是跟三星的 exyons 系列 CPU 有关的文件。
我们使用的是 I.MX6ULL，所以要关注“imx-common”这个文件夹。另外“cpu”这个文件夹也是和 cpu 架构有关的，打开以后如图所示：

从图可以看出有多种 ARM 架构相关的文件夹，I.MX6ULL 使用的 Cortex-A7 内核，
Cortex-A7 属于 armv7，所以我们要关心“armv7”这个文件夹。cpu 文件夹里面有个名为“uboot.lds”的链接脚本文件，这个就是 ARM 芯片所使用的 u-boot 链接脚本文件！armv7 这个文件夹里面的文件都是跟 ARMV7 架构有关的，是我们分析 uboot 启动源码的时候需要重点关注的。

四、关注文件夹—board文件夹

board 文件夹就是和具体的板子有关的，打开此文件夹，里面全是不同的板子，毫无疑问正点原子的开发板肯定也在里面(正点原子添加的)，borad 文件夹里面有个名为“freescale”的文件夹，如图所示：

所有使用 freescale 芯片的板子都放到此文件夹中，I.MX 系列以前属于 freescale，只是freescale 后来被 NXP 收购了。
打开此 freescale 文件夹，在里面找到和mx6u(I.MX6UL/ULL)有关的文件夹，如图所示：

图中有 5 个文件夹，这 5 个文件夹对应 5 种板子，以“mx6ul”开头的表示使用
I.MX6UL 芯片的板子，以 mx6ull 开头的表示使用 I.MX6ULL 芯片的板子。mx6ullevk 是 NXP官方的I.MX6ULL 开发板，正点原子的ALPHA开发板就是在这个基础上开发的，因此 mx6ullevk也是正点原子的开发板。我们后面移植 uboot 到时候就是参考 NXP 官方的开发板，也就是要参考 mx6ullevk 这个文件夹来定义我们的板子。

五、关注文件夹—configs文件夹

此文件夹为 uboot 配置文件，uboot 是可配置的，但是你要是自己从头开始一个一个项目的配置，那就太麻烦了，因此一般半导体或者开发板厂商都会制作好一个配置文件。我们可以在这个做好的配置文件基础上来添加自己想要的功能，这些半导体厂商或者开发板厂商制作好的配置文件统一命名为“xxx_defconfig”，xxx 表示开发板名字，这些 defconfig 文件都存放在 configs文件夹，因此，NXP 官方开发板和正点原子的开发板配置文件肯定也在这个文件夹中，如图所示：

图中这 6 个文件就是正点原子 I.MX6U-ALPHA 开发板所对应的 uboot 默认配置文件。
我们只关心 mx6ull_14x14_ddr512_emmc_defconfig 和mx6ull_14x14_ddr256_nand_defconfig这两个文件，分别是正点原子 I.MX6ULL EMMC 核心板和 NAND 核心板的配置文件。使用“make xxx_defconfig”命令即可配置 uboot，比如：在参考文章中就有下面这一句：
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-mx6ull_14x14_ddr512_emmc_defconfig
这个就是调用 mx6ull_14x14_ddr512_emmc_defconfig 来配置 uboot，只是这个命令还带了一些其它参数而已。

六、关注文件夹—.u-boot.xxx_cmd文件

.u-boot.xxx_cmd 是一系列的文件，这些文件都是编译生成的，都是一些命令文件，比如文件.u-boot.bin.cmd，看名字应该是和 u-boot.bin 有关的，此文件的内容如下：

1 cmd_u-boot.bin := cp u-boot-nodtb.bin u-boot.bin

.u-boot.bin.cmd 里面定义了一个变量：cmd_u-boot.bin，此变量的值为“cp u-boot-nodtb.bin u-boot.bin”，也就是拷贝一份 u-boot-nodtb.bin 文件，并且重命名为 u-boot.bin，这个就是 u-boot.bin的来源，来自于文件 u-boot-nodtb.bin。
那 么 u-boot-nodtb.bin 是怎么来的呢？文件 .u-boot-nodtb.bin.cmd 就是用于生成 uboot.nodtb.bin 的，此文件内容如下：

cmd_u-boot-nodtb.bin := arm-linux-gnueabihf-objcopy --gap-fill=0xff -
j .text -j .secure_text -j .rodata -j .hash -j .data -j .got -
j .got.plt -j .u_boot_list -j .rel.dyn -O binary u-boot u-bootnodtb.bin

这里用到了 arm-linux-gnueabihf-objcopy，使用 objcopy 将 ELF 格式的 u-boot 文件转换为二进制的 u-boot-nodtb.bin 文件。

文件 u-boot 是 ELF 格式的文件，文件.u-boot.cmd 用于生成 u-boot，文件内容如下

cmd_u-boot := arm-linux-gnueabihf-ld.bfd -pie --gc-sections -
Bstatic -Ttext 0x87800000 -o u-boot -T u-boot.lds 
arch/arm/cpu/armv7/start.o --start-group arch/arm/cpu/built-in.o 
arch/arm/cpu/armv7/built-in.o arch/arm/imx-common/built-in.o 
arch/arm/lib/built-in.o board/freescale/common/built-in.o 
board/freescale/mx6ull_alientek_emmc/built-in.o cmd/built-in.o 
common/built-in.o disk/built-in.o drivers/built-in.o 
drivers/dma/built-in.o drivers/gpio/built-in.o drivers/i2c/builtin.o drivers/mmc/built-in.o drivers/mtd/built-in.o 
drivers/mtd/onenand/built-in.o drivers/mtd/spi/built-in.o 
drivers/net/built-in.o drivers/net/phy/built-in.o drivers/pci/builtin.o drivers/power/built-in.o drivers/power/battery/built-in.o 
drivers/power/fuel_gauge/built-in.o drivers/power/mfd/built-in.o 
drivers/power/pmic/built-in.o drivers/power/regulator/built-in.o 
drivers/serial/built-in.o drivers/spi/built-in.o 
drivers/usb/dwc3/built-in.o drivers/usb/emul/built-in.o 
drivers/usb/eth/built-in.o drivers/usb/gadget/built-in.o 
drivers/usb/gadget/udc/built-in.o drivers/usb/host/built-in.o 
drivers/usb/musb-new/built-in.o drivers/usb/musb/built-in.o 
drivers/usb/phy/built-in.o drivers/usb/ulpi/built-in.o fs/built-in.o 
lib/built-in.o net/built-in.o test/built-in.o test/dm/built-in.o --
end-group arch/arm/lib/eabi_compat.o -L /usr/local/arm/gcc-linaro-
4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin/../lib/gcc/arm-linuxgnueabihf/4.9.4 -lgcc -Map u-boot.map

.u-boot.cmd 使用到了 arm-linux-gnueabihf-ld.bfd，也就是链接工具，使用 ld.bfd 将各个 builtin.o 文件链接在一起就形成了 u-boot 文件。uboot 在编译的时候会将同一个目录中的所有.c 文件都编译在一起，并命名为 built-in.o，相当于将众多的.c 文件对应的.o 文件集合在一起，这个就是 u-boot 文件的来源。

如果我们要用 NXP 提供的 MFGTools 工具向开发板烧写 uboot，此时烧写的是 u-boot.imx文件，而不是 u-boot.bin 文件。u-boot.imx 是在 u-boot.bin 文件的头部添加了 IVT、DCD 等信息。这个工作是由文件.u-boot.imx.cmd 来完成的，此文件内容如下：

cmd_u-boot.imx := ./tools/mkimage -n 
board/freescale/mx6ull_alientek_emmc/imximage.cfg.cfgtmp -T imximage -
e 0x87800000 -d u-boot.bin u-boot.imx

可以看出，这里用到了工具 tools/mkimage，而 IVT、DCD 等数据保存在了文件board/freescale/mx6ullevk/imximage-ddr512.cfg.cfgtmp 中 ( 如 果 是 NAND 核 心 板 的 话 就 是imximage-ddr256.cfg.cfgtmp)，工具 mkimage 就是读取文件 imximage-ddr512.cfg.cfgtmp 里面的信息，然后将其添加到文件 u-boot.bin 的头部，最终生成 u-boot.imx。
文件.u-boot.lds.cmd 就是用于生成 u-boot.lds 链接脚本的，由于.u-boot.lds.cmd 文件内容太多，这里就不列出来了。uboot 根目录下的 u-boot.lds 链接脚本就是来源于 arch/arm/cpu/u-boot.lds文件。还有一些其它的.u-boot.lds.xxx.cmd 文件，大家自行分析一下，关于.u-boot.lds.xxx.cmd 文件就讲解到这里。

七、关注文件夹—Makefile文件

这个是顶层 Makefile 文件，Makefile 是支持嵌套的，也就是顶层 Makefile 可以调用子目录中的 Makefile 文件。Makefile 嵌套在大项目中很常见，一般大项目里面所有的源代码都不会放到同一个目录中，各个功能模块的源代码都是分开的，各自存放在各自的目录中。每个功能模块目录下都有一个 Makefile，这个 Makefile 只处理本模块的编译链接工作，这样所有的编译链接工作就不用全部放到一个 Makefile 中，可以使得 Makefile 变得简洁明了。

uboot 源码根目录下的 Makefile 是顶层 Makefile，他会调用其它的模块的 Makefile 文件，
比如 drivers/adc/Makefile。

当然了，顶层 Makefile 要做的工作可远不止调用子目录 Makefile 这么简单，关于顶层 Makefile 的内容我们稍后会有详细的讲解。

八、关注文件夹—u-boot.xxx文件

u-boot.xxx 同样也是一系列文件，包括 u-boot、u-boot.bin、u-boot.cfg、u-boot.imx、u-boot.lds、u-boot.map、u-boot.srec、u-boot.sym 和 u-boot-nodtb.bin，这些文件的含义如下：
u-boot：编译出来的 ELF 格式的 uboot 镜像文件。
u-boot.bin：编译出来的二进制格式的 uboot 可执行镜像文件。
u-boot.cfg：uboot 的另外一种配置文件。
u-boot.imx：u-boot.bin 添加头部信息以后的文件，NXP 的 CPU 专用文件。
u-boot.lds：链接脚本。
u-boot.map：uboot 映射文件，通过查看此文件可以知道某个函数被链接到了哪个地址上。
u-boot.srec：S-Record 格式的镜像文件。
u-boot.sym：uboot 符号文件。
u-boot-nodtb.bin：和 u-boot.bin 一样，u-boot.bin 就是 u-boot-nodtb.bin 的复制文件。

九、关注文件夹—.config文件

uboot 配置文件，使用命令“make xxx_defconfig”配置 uboot 以后就会自动生成，.config 内
容如下：

1 #
2 # Automatically generated file; DO NOT EDIT.
3 # U-Boot 2016.03 Configuration
4 #
5 CONFIG_CREATE_ARCH_SYMLINK=y
6 CONFIG_HAVE_GENERIC_BOARD=y
7 CONFIG_SYS_GENERIC_BOARD=y
8 # CONFIG_ARC is not set
9 CONFIG_ARM=y
10 # CONFIG_AVR32 is not set
11 # CONFIG_BLACKFIN is not set
12 # CONFIG_M68K is not set
13 # CONFIG_MICROBLAZE is not set
14 # CONFIG_MIPS is not set
15 # CONFIG_NDS32 is not set
16 # CONFIG_NIOS2 is not set
17 # CONFIG_OPENRISC is not set
18 # CONFIG_PPC is not set
19 # CONFIG_SANDBOX is not set
20 # CONFIG_SH is not set
21 # CONFIG_SPARC is not set
22 # CONFIG_X86 is not set
23 CONFIG_SYS_ARCH="arm"
24 CONFIG_SYS_CPU="armv7"
25 CONFIG_SYS_SOC="mx6"
26 CONFIG_SYS_VENDOR="freescale"
27 CONFIG_SYS_BOARD="mx6ull_alientek_emmc"
28 CONFIG_SYS_CONFIG_NAME="mx6ull_alientek_emmc"
29
30 ......
31
32 #
33 # Boot commands
34 #
35 CONFIG_CMD_BOOTD=y
36 CONFIG_CMD_BOOTM=y
37 CONFIG_CMD_ELF=y
38 CONFIG_CMD_GO=y
39 CONFIG_CMD_RUN=y
40 CONFIG_CMD_IMI=y
41 CONFIG_CMD_IMLS=y
42 CONFIG_CMD_XIMG=y
43
44 #
45 # Environment commands
46 #
47 CONFIG_CMD_EXPORTENV=y
48 CONFIG_CMD_IMPORTENV=y
49 CONFIG_CMD_EDITENV=y
50 CONFIG_CMD_SAVEENV=y
51 CONFIG_CMD_ENV_EXISTS=y
52
53 ......
54
55 #
56 # Library routines
57 #
58 # CONFIG_CC_OPTIMIZE_LIBS_FOR_SPEED is not set
59 CONFIG_HAVE_PRIVATE_LIBGCC=y
60 # CONFIG_USE_PRIVATE_LIBGCC is not set
61 CONFIG_SYS_HZ=1000
62 # CONFIG_USE_TINY_PRINTF is not set
63 CONFIG_REGEX=y

可以看出.config 文件中都是以“CONFIG_”开始的配置项，这些配置项就是 Makefile 中的
变量，因此后面都跟有相应的值，uboot 的顶层 Makefile 或子 Makefile 会调用这些变量值。
在.config 中会有大量的变量值为‘y’，这些为‘y’的变量一般用于控制某项功能是否使能，为
‘y’的话就表示功能使能，比如：

CONFIG_CMD_BOOTM=y

如果使能了 bootd 这个命令的话，CONFIG_CMD_BOOTM 就为‘y’。在 cmd/Makefile 中有如下代码：

1 ifndef CONFIG_SPL_BUILD
2 # core command
3 obj-y += boot.o
4 obj-$(CONFIG_CMD_BOOTM) += bootm.o
5 obj-y += help.o
6 obj-y += version.o

在该代码中有如下所示一行代码：

obj-$(CONFIG_CMD_BOOTM) += bootm.o

CONFIG_CMD_BOOTM=y，将其展开就是：

obj-y += bootm.o

也就是给 obj-y 追加了一个“bootm.o”，obj-y 包含着所有要编译的文件对应的.o 文件，这里表示需要编译文件 cmd/bootm.c。相当于通过“CONFIG_CMD_BOOTD=y”来使能 bootm 这个命令，进而编译 cmd/bootm.c 这个文件，这个文件实现了命令 bootm。在 uboot 和 Linux 内核中都是采用这种方法来选择使能某个功能，编译对应的源码文件。

十、关注文件夹—README

README 文件描述了 uboot 的详细信息，包括 uboot 该如何编译、uboot 中各文件夹的含义、相应的命令等等。建议大家详细的阅读此文件，可以进一步增加对 uboot 的认识。
关于 uboot 根目录中的文件和文件夹的含义就讲解到这里，接下来下一节就要开始分析 uboot 的启动流程了

END